JP7388582B1

JP7388582B1 - Information output device and information output method

Info

Publication number: JP7388582B1
Application number: JP2023022539A
Authority: JP
Inventors: 由多伊藤
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2023-02-16
Filing date: 2023-02-16
Publication date: 2023-11-29
Anticipated expiration: 2043-02-16

Abstract

【課題】目標軌道を追従する車両の動作が不安定になることを抑制する。【解決手段】車両が走行する車道の設計速度と、目標軌道の接線方向とは垂直な横方向において車両の位置と目標軌道とのずれを示す横偏差とを取得する取得部２０１と、取得部２０１が取得した設計速度に対応する目標ヨーレートの上限又は下限を示す制約条件を特定する特定部２０２と、目標ヨーレートが特定部２０２により特定された制約条件を満たす条件下において、横偏差に関する項を含む評価関数を最小値にしたときの目標ヨーレートを導出する導出部２０３と、導出部２０３が導出した目標ヨーレートを車両の走行に関する情報を処理する情報処理装置３へ出力する出力部２０４と、を備える。【選択図】図３An object of the present invention is to suppress unstable operation of a vehicle that follows a target trajectory. [Solution] An acquisition unit 201 that acquires the design speed of a roadway on which a vehicle travels and a lateral deviation indicating a deviation between the position of the vehicle and the target trajectory in a lateral direction perpendicular to the tangential direction of the target trajectory; A specifying unit 202 specifies a constraint condition indicating the upper limit or lower limit of the target yaw rate corresponding to the design speed acquired by the specifying unit 201, and a term related to lateral deviation is determined under conditions in which the target yaw rate satisfies the constraint condition specified by the specifying unit 202. A derivation unit 203 that derives the target yaw rate when the included evaluation function is set to the minimum value, and an output unit 204 that outputs the target yaw rate derived by the derivation unit 203 to the information processing device 3 that processes information regarding the running of the vehicle. Be prepared. [Selection diagram] Figure 3

Description

本発明は、車両が自律的に走行するための情報を出力する情報出力装置及び情報出力方法に関する。 The present invention relates to an information output device and an information output method that output information for autonomous driving of a vehicle.

目標軌道に追従して車両を自動走行する技術が提案されている。例えば、特許文献１には、車両の前方向速度及び車幅方向速度等に対応する評価関数に、車両の横偏差、方位角偏差及び曲率を入力し、評価関数を最小等にするための補正操舵角を算出することが記載されている。 Techniques have been proposed that allow vehicles to automatically travel by following a target trajectory. For example, Patent Document 1 discloses that the lateral deviation, azimuth deviation, and curvature of the vehicle are input into the evaluation function corresponding to the forward speed, vehicle width direction speed, etc. of the vehicle, and correction is made to minimize the evaluation function. It is described that the steering angle is calculated.

国際公開第２０２２／２０３０２６号International Publication No. 2022/203026

特許文献１に記載された方法では、目標軌道との間の横偏差及び方位角偏差が比較的大きい場合に、車両の動作が不安定になるという問題があった。 The method described in Patent Document 1 has a problem in that the operation of the vehicle becomes unstable when the lateral deviation and azimuth deviation from the target trajectory are relatively large.

本発明はこの点に鑑みてなされたものであり、目標軌道との間の横偏差及び方位角偏差が比較的大きい場合であっても目標軌道を追従する車両の動作が不安定になることを抑制することができる情報出力装置及び情報出力方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of this point, and is intended to prevent the operation of a vehicle that follows a target trajectory from becoming unstable even when the lateral deviation and azimuth deviation from the target trajectory are relatively large. It is an object of the present invention to provide an information output device and an information output method that can suppress.

本発明の第１の態様の情報出力装置は、車両が走行する車道の設計速度と、目標軌道の接線方向とは垂直な横方向において前記車両の位置と前記目標軌道とのずれを示す横偏差とを取得する取得部と、前記取得部が取得した前記設計速度に対応する目標ヨーレートの上限又は下限を示す制約条件を特定する特定部と、前記目標ヨーレートが前記特定部により特定された前記制約条件を満たす条件下において、前記横偏差に関する項を含む評価関数を最小値にしたときの前記目標ヨーレートを導出する導出部と、前記導出部が導出した前記目標ヨーレートを前記車両の走行に関する情報を処理する情報処理装置へ出力する出力部と、を備える。 The information output device according to the first aspect of the present invention provides a lateral deviation indicating a deviation between the position of the vehicle and the target trajectory in a lateral direction perpendicular to a tangential direction of the target trajectory and a design speed of a roadway on which the vehicle travels. an acquisition unit that acquires a target yaw rate; a specification unit that specifies a constraint condition indicating an upper limit or a lower limit of a target yaw rate corresponding to the design speed acquired by the acquisition unit; and a constraint on which the target yaw rate is specified by the specification unit. a derivation unit that derives the target yaw rate when the evaluation function including the term related to the lateral deviation is set to a minimum value under conditions that satisfy the conditions; and an output unit for outputting to an information processing device for processing.

前記特定部は、前記取得部が取得した前記設計速度に対応する最小曲率半径を特定し、前記設計速度を当該最小曲率半径で除した値に基づいて、前記制約条件を特定してもよい。前記導出部は、前記横偏差を時間微分した第１変数、前記目標軌道の接線方向に対応する方位角と前記車両の向きを示す方位角との差分を示す方位角偏差を時間微分した第２変数、及び、前記車両が旋回する角加速度に関する予測モデルを用いて、前記評価関数を最小値にしたときの前記目標ヨーレートを導出してもよい。 The identifying unit may identify a minimum radius of curvature corresponding to the design speed acquired by the acquiring unit, and identify the constraint condition based on a value obtained by dividing the design speed by the minimum radius of curvature. The derivation unit includes a first variable obtained by time-differentiating the lateral deviation, and a second variable obtained by time-differentiating an azimuth angle deviation indicating a difference between an azimuth angle corresponding to a tangential direction of the target trajectory and an azimuth angle indicating the direction of the vehicle. The target yaw rate when the evaluation function is set to a minimum value may be derived using variables and a predictive model regarding the angular acceleration at which the vehicle turns.

前記導出部は、前記横偏差に関する項として前記横偏差の２乗に第１重みを乗じた項を含み、且つ、前記方位角偏差の２乗に第２重みを乗じた項をさらに含む前記評価関数を最小値にしたときの前記目標ヨーレートを導出してもよい。前記導出部は、前記目標ヨーレートと、前記目標軌道の接線方向に対応する方位角を時間微分した変数との差分の２乗に第３重みを乗じた項をさらに含む前記評価関数を最小値にしたときの前記目標ヨーレートを導出してもよい。 The derivation unit includes, as a term related to the lateral deviation, a term obtained by multiplying the square of the lateral deviation by a first weight, and further includes a term obtained by multiplying the square of the azimuth deviation by a second weight. The target yaw rate may be derived when the function is set to a minimum value. The derivation unit sets the evaluation function to a minimum value, further including a term obtained by multiplying the square of the difference between the target yaw rate and a variable obtained by time-differentiating the azimuth angle corresponding to the tangential direction of the target trajectory by a third weight. The target yaw rate at that time may be derived.

本発明の第２の態様の情報出力方法は、コンピュータが実行する、車両が走行する車道の設計速度と、目標軌道の接線方向とは垂直な横方向において前記車両の位置と前記目標軌道とのずれを示す横偏差とを取得するステップと、取得した前記設計速度に対応する目標ヨーレートの上限又は下限を示す制約条件を特定するステップと、前記目標ヨーレートが特定された前記制約条件を満たす条件下において、前記横偏差に関する項を含む評価関数を最小値にしたときの前記目標ヨーレートを導出するステップと、導出した前記目標ヨーレートを前記車両の走行に関する情報を処理する情報処理装置へ出力するステップと、を備える。 The information output method of the second aspect of the present invention is performed by a computer to determine the design speed of the roadway on which the vehicle is traveling, the position of the vehicle in a lateral direction perpendicular to the tangential direction of the target trajectory, and the target trajectory. a step of obtaining a lateral deviation indicating a deviation; a step of specifying a constraint condition indicating an upper limit or a lower limit of a target yaw rate corresponding to the obtained design speed; and a condition under which the target yaw rate satisfies the specified constraint condition. deriving the target yaw rate when the evaluation function including the term related to the lateral deviation is set to a minimum value; and outputting the derived target yaw rate to an information processing device that processes information regarding the running of the vehicle. , is provided.

本発明によれば、目標軌道を追従する車両の動作が不安定になることを抑制するという効果を奏する。 According to the present invention, it is possible to suppress unstable operation of a vehicle that follows a target trajectory.

実施形態の情報出力装置の構成を示す。1 shows a configuration of an information output device according to an embodiment. 横偏差及び方位角偏差の例を示す。An example of lateral deviation and azimuth deviation is shown. 情報出力装置の要部の構成を示す。The configuration of the main parts of the information output device is shown. 参照曲率情報の例を示す。An example of reference curvature information is shown. 情報出力装置による目標ヨーレートの導出の処理手順を示すフローチャートである。3 is a flowchart showing a processing procedure for deriving a target yaw rate by the information output device.

［車両の概要］
図１は、本実施形態の情報出力装置１００の構成を示す。情報出力装置１００は、軌道生成装置１、モデル予測コントローラ（図１中のＭＰＣ）２、情報処理装置３及び制御装置４を備える。情報出力装置１００は、車両に搭載されている。 [Vehicle overview]
FIG. 1 shows the configuration of an information output device 100 of this embodiment. The information output device 100 includes a trajectory generation device 1, a model prediction controller (MPC in FIG. 1) 2, an information processing device 3, and a control device 4. Information output device 100 is mounted on a vehicle.

軌道生成装置１は、所定のサンプリング時間ごとに、車両が走行するための目標軌道をリアルタイムで生成する。軌道生成装置１は、生成した目標軌道に含まれるカーブの曲率を特定する。軌道生成装置１は、車両１０が走行する走行位置を取得し、取得した走行位置と目標軌道との横方向のずれを示す横偏差を特定する。横方向は、目標軌道の接線方向と垂直な方向である。例えば、軌道生成装置１は、現在の車両１０の位置と、この車両１０とｘ軸方向の位置が同じ目標軌道上の位置との横方向のずれを横偏差として特定する。 The trajectory generation device 1 generates a target trajectory for a vehicle to travel in real time at every predetermined sampling time. The trajectory generation device 1 specifies the curvature of a curve included in the generated target trajectory. The trajectory generating device 1 acquires the traveling position where the vehicle 10 is traveling, and specifies a lateral deviation indicating a lateral deviation between the acquired traveling position and the target trajectory. The lateral direction is a direction perpendicular to the tangential direction of the target trajectory. For example, the trajectory generation device 1 identifies a lateral deviation between the current position of the vehicle 10 and a position on the target trajectory where the position of the vehicle 10 in the x-axis direction is the same as the lateral deviation.

軌道生成装置１は、目標軌道に加えて、車両が目標軌道を走行したと仮定した場合の目標軌道上のそれぞれの位置の車両１０の車体前方を示す目標方位角を特定する。軌道生成装置１は、現在の車両１０の車体前方を示す方位角と、目標方位角との差分を示す方位角偏差を特定する。例えば、軌道生成装置１は、現在の車両１０とｘ軸方向の位置が同じ目標軌道上の位置に対応する目標方位角を特定し、現在の車両１０の方位角と、特定した目標方位角との差分を方位角偏差として特定する。 In addition to the target trajectory, the trajectory generation device 1 specifies a target azimuth indicating the front of the vehicle 10 at each position on the target trajectory, assuming that the vehicle travels on the target trajectory. The trajectory generation device 1 identifies an azimuth angle deviation that indicates the difference between the current azimuth indicating the front of the vehicle 10 and the target azimuth. For example, the trajectory generation device 1 specifies a target azimuth corresponding to a position on the target trajectory that has the same position in the x-axis direction as the current vehicle 10, and combines the current azimuth of the vehicle 10 with the specified target azimuth. The difference between is specified as the azimuth deviation.

図２は、横偏差及び方位角偏差の例を示す。図２の大文字のＸ軸及びＹ軸はグローバル座標系を示す。例えば、軌道生成装置１は、例えば、東経、北緯等の値を変換することにより、このグローバル座標系のＸ座標及びＹ座標を特定する。図２の小文字のｘｙ座標は、走行中の車両１０からみた座標系を示す。小文字のｘ軸は、車両１０の車体前方を示す。小文字のｙ軸は、車両１０の車幅方向を示す。図２には、軌道生成装置１が生成した目標軌道ｃを示す。図２中のｚは、横偏差を示す。図２中のψは、目標方位角を示す。図２中のＶは、車両１０が走行する走行速度を示す。図２中のφは、車両１０の車体前方を示すｘ方向に対応する方位角を示す。 FIG. 2 shows an example of lateral deviation and azimuth deviation. The X and Y axes in uppercase letters in FIG. 2 indicate the global coordinate system. For example, the trajectory generation device 1 specifies the X and Y coordinates of this global coordinate system by converting values such as east longitude and north latitude. The xy coordinates in lowercase letters in FIG. 2 indicate the coordinate system seen from the running vehicle 10. The x-axis in lower case indicates the front of the vehicle 10. The y-axis in lower case indicates the width direction of the vehicle 10. FIG. 2 shows a target trajectory c generated by the trajectory generation device 1. z in FIG. 2 indicates lateral deviation. ψ in FIG. 2 indicates the target azimuth. V in FIG. 2 indicates the traveling speed at which the vehicle 10 travels. φ in FIG. 2 indicates an azimuth corresponding to the x direction indicating the front of the vehicle 10.

図２中のθは、車両１０の車体前方を示す方位角φと、目標方位角ψとの差分を示す方位角偏差である。図２中のδは、車両１０が旋回する操舵角を示す。図２の例では、操舵角は、車体前方と、車両１０の前輪又は後輪の向きとの差分を示す。図２中のβは、車体前方と、車両１０の走行方向との差分を示すすべり角である。 θ in FIG. 2 is an azimuth angle deviation indicating the difference between the azimuth angle φ indicating the front of the vehicle 10 and the target azimuth angle ψ. δ in FIG. 2 indicates the steering angle at which the vehicle 10 turns. In the example of FIG. 2, the steering angle indicates the difference between the direction of the front of the vehicle body and the direction of the front wheels or rear wheels of the vehicle 10. β in FIG. 2 is a slip angle indicating the difference between the front of the vehicle body and the traveling direction of the vehicle 10.

モデル予測コントローラ２は、車両１０が目標軌道に追従するための最適な旋回角速度である目標ヨーレートを導出する。モデル予測コントローラ２は、後述する予測モデル及び評価関数を用いて、所定の制約条件を満たす目標ヨーレートを導出する。より詳しくは、モデル予測コントローラ２は、目標軌道に対応する車道の設計速度を特定する。設計速度は、車道の幾何学的特徴を決定するために使用される。モデル予測コントローラ２は、特定した設計速度に基づいて、目標ヨーレートの上限又は下限の制約条件を特定する。制約条件の特定方法の詳細については後述する。モデル予測コントローラ２は、特定した制約条件を満たすように、評価関数を最小にする目標ヨーレートを導出する。モデル予測コントローラ２は、導出した目標ヨーレートを情報処理装置３へ出力する。 The model predictive controller 2 derives a target yaw rate that is the optimum turning angular velocity for the vehicle 10 to follow the target trajectory. The model predictive controller 2 derives a target yaw rate that satisfies predetermined constraints using a predictive model and an evaluation function that will be described later. More specifically, the model predictive controller 2 specifies the design speed of the roadway corresponding to the target trajectory. Design speeds are used to determine the geometric characteristics of the roadway. The model predictive controller 2 specifies the upper limit or lower limit constraint of the target yaw rate based on the specified design speed. Details of the method for specifying the constraint conditions will be described later. The model predictive controller 2 derives a target yaw rate that minimizes the evaluation function so as to satisfy the specified constraints. The model predictive controller 2 outputs the derived target yaw rate to the information processing device 3.

情報処理装置３は、車両の走行に関する情報を処理する。情報処理装置３は、外部からの目標ヨーレート等の参照入力を整形するリファレンスガバナである。情報処理装置３は、モデル予測コントローラ２が導出した目標ヨーレートに車両１０のヨーレートを近づけるための目標操舵角を特定する。 The information processing device 3 processes information related to vehicle travel. The information processing device 3 is a reference governor that shapes reference inputs such as a target yaw rate from the outside. The information processing device 3 identifies a target steering angle for bringing the yaw rate of the vehicle 10 closer to the target yaw rate derived by the model prediction controller 2.

まず、情報処理装置３は、車両１０の走行を制御する制御装置４から車両の現在のヨーレート及び車速を取得する。情報処理装置３は、フィードフォワード制御として、車両１０の車速と目標ヨーレートとに基づいて、目標操舵角を特定する。情報処理装置３は、フィードバック制御として、車両１０の現在のヨーレートと目標ヨーレートとの差分が小さくなるように、目標操舵角を特定する。情報処理装置３は、このフィードフォワード制御と、このフィードバック制御とを組み合わせた２自由度制御により車両１０の目標操舵角を特定する。情報処理装置３は、特定した目標操舵角を制御装置４へ出力する。 First, the information processing device 3 acquires the current yaw rate and vehicle speed of the vehicle from the control device 4 that controls the running of the vehicle 10. Information processing device 3 specifies a target steering angle based on the vehicle speed and target yaw rate of vehicle 10 as feedforward control. As feedback control, the information processing device 3 specifies a target steering angle so that the difference between the current yaw rate and the target yaw rate of the vehicle 10 becomes small. The information processing device 3 specifies the target steering angle of the vehicle 10 by a two-degree-of-freedom control that combines this feedforward control and this feedback control. The information processing device 3 outputs the specified target steering angle to the control device 4.

制御装置４は、例えば、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）である。制御装置４は、車両の走行を制御する。制御装置４は、情報処理装置３が特定した目標操舵角に基づいて、車両の操舵角δを変化させて車両１０を走行させる。制御装置４は、車両１０の走行中に、車両１０の走行速度Ｖ及び操舵角δを測定する。制御装置４は、車両１０の操舵角δに基づいて、測定した走行速度Ｖのｘ軸方向成分（図２参照）である前方向速度と、ｙ軸方向成分である車幅方向速度とを特定する。制御装置４は、走行中の車両１０が旋回する角速度であるヨーレートと、特定した前方向速度と、特定した車幅方向速度とをモデル予測コントローラ２へ出力する。制御装置４は、ヨーレートと、前方向速度とを情報処理装置３へ出力する。 The control device 4 is, for example, an ECU (Electronic Control Unit). The control device 4 controls the running of the vehicle. The control device 4 changes the steering angle δ of the vehicle based on the target steering angle specified by the information processing device 3 and causes the vehicle 10 to travel. The control device 4 measures the traveling speed V and steering angle δ of the vehicle 10 while the vehicle 10 is traveling. Based on the steering angle δ of the vehicle 10, the control device 4 specifies the forward speed, which is the x-axis direction component (see FIG. 2), and the vehicle width direction speed, which is the y-axis direction component, of the measured running speed V. do. The control device 4 outputs the yaw rate, which is the angular velocity at which the running vehicle 10 turns, the specified forward speed, and the specified vehicle width direction speed to the model prediction controller 2. The control device 4 outputs the yaw rate and forward speed to the information processing device 3.

情報処理装置３及び制御装置４は、互いに一体的に構成されてもよい。この場合、情報処理装置３は、モデル予測コントローラ２が導出した目標ヨーレートに車両１０のヨーレートを近づけるように目標操舵角を特定し、この目標操舵角に基づいて、車両１０を走行させてもよい。 The information processing device 3 and the control device 4 may be configured integrally with each other. In this case, the information processing device 3 may specify a target steering angle so that the yaw rate of the vehicle 10 approaches the target yaw rate derived by the model prediction controller 2, and may cause the vehicle 10 to travel based on this target steering angle. .

モデル予測コントローラ２は、車道の設計速度に対応する目標ヨーレートの上限又は下限の制約条件を特定し、この制約条件を満たすように、評価関数を最小にする目標ヨーレートを導出する。このため、モデル予測コントローラ２は、軌道生成装置１が特定した横偏差ｚ又は方位角偏差θが比較的大きい場合であっても過大な目標ヨーレートを導出することを抑制することができる。したがって、モデル予測コントローラ２は、目標軌道を追従する車両１０の動作が不安定になることを抑制することができる。 The model predictive controller 2 specifies the upper or lower limit constraint of the target yaw rate corresponding to the design speed of the roadway, and derives the target yaw rate that minimizes the evaluation function so as to satisfy this constraint. Therefore, the model predictive controller 2 can suppress deriving an excessive target yaw rate even if the lateral deviation z or the azimuth deviation θ specified by the trajectory generation device 1 is relatively large. Therefore, the model predictive controller 2 can prevent the operation of the vehicle 10 following the target trajectory from becoming unstable.

図３は、情報出力装置１００の要部の構成を示す。情報出力装置１００は、モデル予測コントローラ２及び記憶部５を備える。記憶部５は、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等により構成される。記憶部５は、モデル予測コントローラ２を機能させるための各種プログラムや各種データを記憶する。例えば、記憶部５には、設計速度と、最小曲率半径とを関連付けた参照曲率情報が記憶されている。 FIG. 3 shows the configuration of main parts of the information output device 100. The information output device 100 includes a model predictive controller 2 and a storage unit 5. The storage unit 5 includes, for example, a ROM (Read Only Memory) and a RAM (Random Access Memory). The storage unit 5 stores various programs and various data for making the model predictive controller 2 function. For example, the storage unit 5 stores reference curvature information that associates a design speed with a minimum radius of curvature.

図４は、参照曲率情報の例を示す。例えば、時速２０キロメートルの設計速度には、１５メートルの最小曲率半径が関連付けられている。設計速度に対応する最小曲率半径は、車道構造令により定められている。モデル予測コントローラ２は、記憶部５に記憶されているプログラムを実行することにより、取得部２０１、特定部２０２、導出部２０３及び出力部２０４として機能する。 FIG. 4 shows an example of reference curvature information. For example, a design speed of 20 kilometers per hour is associated with a minimum radius of curvature of 15 meters. The minimum radius of curvature corresponding to the design speed is determined by the Roadway Structure Ordinance. The model prediction controller 2 functions as an acquisition unit 201 , a specification unit 202 , a derivation unit 203 , and an output unit 204 by executing a program stored in the storage unit 5 .

取得部２０１は、各種の情報を軌道生成装置１、制御装置４又は外部装置から取得する。取得部２０１は、車両１０の走行位置と目標軌道との横方向のずれを示す横偏差ｚを軌道生成装置１から取得する。取得部２０１は、方位角偏差θを軌道生成装置１から取得する。取得部２０１は、目標軌道と、目標軌道に含まれるそれぞれのカーブの曲率とを軌道生成装置１から取得する。取得部２０１は、ヨーレート、車両１０の前方向速度及び車幅方向速度を制御装置４から取得する。 The acquisition unit 201 acquires various types of information from the trajectory generation device 1, the control device 4, or an external device. The acquisition unit 201 acquires a lateral deviation z indicating a lateral deviation between the traveling position of the vehicle 10 and the target trajectory from the trajectory generation device 1 . The acquisition unit 201 acquires the azimuth angle deviation θ from the trajectory generation device 1. The acquisition unit 201 acquires a target trajectory and the curvature of each curve included in the target trajectory from the trajectory generation device 1. The acquisition unit 201 acquires the yaw rate, the forward speed, and the vehicle width direction speed of the vehicle 10 from the control device 4 .

取得部２０１は、車両１０が走行する車道の設計速度を外部装置から取得する。外部装置は、例えば、車道の平面的な位置の情報を車両１０に提供するサーバである。より詳しくは、取得部２０１は、車両１０の位置から所定距離以内の車道の設計速度と、車道の位置とを関連付けて外部装置から取得する。取得部２０１は、目標軌道に対応する車道の位置を特定し、特定した位置に関連付けて取得した設計速度を特定する。 The acquisition unit 201 acquires the design speed of the roadway on which the vehicle 10 travels from an external device. The external device is, for example, a server that provides information on the planar position of the roadway to the vehicle 10. More specifically, the acquisition unit 201 associates the design speed of the roadway within a predetermined distance from the position of the vehicle 10 with the position of the roadway, and obtains them from an external device. The acquisition unit 201 specifies the position of the roadway corresponding to the target trajectory, and specifies the acquired design speed in association with the specified position.

取得部２０１は、取得した設計速度を特定部２０２へ出力する。取得部２０１は、取得した曲率、横偏差ｚ、方位角偏差θ、目標軌道、ヨーレート、前方向速度、車幅方向速度及び設計速度を導出部２０３へ出力する。 The acquisition unit 201 outputs the acquired design speed to the identification unit 202. The acquisition unit 201 outputs the acquired curvature, lateral deviation z, azimuth deviation θ, target trajectory, yaw rate, forward speed, vehicle width direction speed, and design speed to the derivation unit 203.

［制約条件の特定］
特定部２０２は、取得部２０１が取得した設計速度に対応する目標ヨーレートの上限又は下限を示す制約条件を特定する。まず、特定部２０２は、取得部２０１が取得した設計速度に対応する最小曲率半径を特定する。最小曲率半径は、車道の設計速度に応じて法令上許容されている曲率半径の下限値である。より詳しくは、特定部２０２は、設計速度と、最小曲率半径とを関連付けた参照曲率情報（図４参照）を記憶部５から読み出す。特定部２０２は、読み出した参照曲率情報を参照して、取得部２０１が取得した設計速度に対応する最小曲率半径を特定する。 [Identification of constraints]
The specifying unit 202 specifies a constraint condition indicating the upper limit or lower limit of the target yaw rate corresponding to the design speed obtained by the obtaining unit 201. First, the identifying unit 202 identifies the minimum radius of curvature corresponding to the design speed acquired by the acquiring unit 201. The minimum radius of curvature is the lower limit of the radius of curvature allowed by law according to the design speed of the roadway. More specifically, the specifying unit 202 reads reference curvature information (see FIG. 4) that associates the design speed with the minimum radius of curvature from the storage unit 5. The specifying unit 202 refers to the read reference curvature information and specifies the minimum radius of curvature corresponding to the design speed obtained by the obtaining unit 201.

特定部２０２は、取得部２０１が取得した設計速度を最小曲率半径で除した値に基づいて、目標ヨーレートの上限値又は下限値の制約条件を特定する。例えば、特定部２０２は、この設計速度を最小曲率半径で除した値に所定の係数を乗じることにより、目標ヨーレートの上限値を制約条件として特定する。所定の係数は、例えば、車両１０の車幅方向速度のばらつきに起因して目標ヨーレートが増減することにより車両１０の挙動の安定性に影響を与えることを抑制するために定められる。特定部２０２は、同様の方法により目標ヨーレートの下限値を制約条件として特定してもよく、目標ヨーレートの上限値及び下限値の両方を特定してもよい。特定部２０２は、特定した制約条件を導出部２０３へ出力する。 The specifying unit 202 specifies the constraint condition of the upper limit or lower limit of the target yaw rate based on the value obtained by dividing the design speed obtained by the obtaining unit 201 by the minimum radius of curvature. For example, the specifying unit 202 specifies the upper limit value of the target yaw rate as a constraint condition by multiplying the value obtained by dividing the design speed by the minimum radius of curvature by a predetermined coefficient. The predetermined coefficient is determined, for example, in order to suppress the effect on the stability of the behavior of the vehicle 10 due to an increase or decrease in the target yaw rate due to variations in the vehicle widthwise speed of the vehicle 10. The specifying unit 202 may specify the lower limit value of the target yaw rate as a constraint condition using a similar method, or may specify both the upper limit value and the lower limit value of the target yaw rate. The specifying unit 202 outputs the specified constraint conditions to the deriving unit 203.

［目標ヨーレートの導出］
導出部２０３は、軌道生成装置１が生成した目標軌道を車両１０が追従するための目標ヨーレートを導出する。導出部２０３は、横偏差ｚを時間微分した第１変数、目標軌道の接線方向に対応する方位角ψと車両１０の向きを示す方位角φとの差分を示す方位角偏差θを時間微分した第２変数、及び、車両１０が旋回する角加速度に関する予測モデルを用いて、この目標ヨーレートを導出する。予測モデルは、以下の式（１）で表される。
[Derivation of target yaw rate]
The derivation unit 203 derives a target yaw rate for the vehicle 10 to follow the target trajectory generated by the trajectory generation device 1. The derivation unit 203 time-differentiated the azimuth angle deviation θ, which is the first variable obtained by time-differentiating the lateral deviation z, which is the difference between the azimuth angle ψ corresponding to the tangential direction of the target trajectory and the azimuth angle φ indicating the direction of the vehicle 10. This target yaw rate is derived using the second variable and a prediction model regarding the angular acceleration at which the vehicle 10 turns. The prediction model is expressed by the following equation (1).

式（１）中、ｚ_ｔは、横偏差を時間微分した第１変数である。式（１）中、θ_ｔは、方位角偏差を時間微分した第２変数である。ψ_ｔ２は、車両１０が旋回する角加速度である。Ｖ_ｘは、車両１０の走行速度Ｖのｘ軸方向成分（図２参照）である前方向速度である。図１中のτ（タウ）は、導出部２０３が導出する目標ヨーレートに対して車両１０が応答する一次遅れ系の時定数である。φ_ｔは、車両１０が旋回するヨーレートである。φ_ｔは、車両１０の車体前方に対応する方位角φを時間微分することにより求められる。γは、目標ヨーレートである。ｙ_ｔは、走行速度Ｖのｙ軸方向成分（図２参照）である車幅方向速度である。ψ_ｔは、目標方位角ψを時間微分した値である。 In Equation (1), z _t is the first variable obtained by time-differentiating the lateral deviation. In equation (1), θ _t is a second variable obtained by time-differentiating the azimuth angle deviation. ψ _t2 is the angular acceleration at which the vehicle 10 turns. V _x is a forward speed that is the x-axis direction component (see FIG. 2) of the traveling speed V of the vehicle 10. τ (tau) in FIG. 1 is a time constant of a first-order lag system in which the vehicle 10 responds to the target yaw rate derived by the derivation unit 203. φ _t is the yaw rate at which the vehicle 10 turns. φ _t is obtained by differentiating the azimuth angle φ corresponding to the front of the vehicle 10 with respect to time. γ is the target yaw rate. _yt is the vehicle width direction speed which is the y-axis direction component (see FIG. 2) of the traveling speed V. ψ _t is a value obtained by time-differentiating the target azimuth angle ψ.

導出部２０３は、横偏差ｚに関する項を含む評価関数を最小値にしたときの目標ヨーレートを導出する。この評価関数の横偏差ｚに関する項は、横偏差ｚの２乗に第１重みを乗じた項である。この評価関数は、方位角偏差θの２乗に第２重みを乗じた項をさらに含む。この評価関数は、目標ヨーレートγと、目標軌道の接線方向に対応する目標方位角ψを時間微分した変数ψ_ｔとの差分の２乗に第３重みを乗じた項をさらに含む。 The derivation unit 203 derives the target yaw rate when the evaluation function including the term related to the lateral deviation z is set to the minimum value. The term related to the lateral deviation z of this evaluation function is a term obtained by multiplying the square of the lateral deviation z by the first weight. This evaluation function further includes a term obtained by multiplying the square of the azimuth deviation θ by a second weight. This evaluation function further includes a term obtained by multiplying the square of the difference between the target yaw rate γ and a variable ψ _t obtained by time-differentiating the target azimuth angle ψ corresponding to the tangential direction of the target trajectory by a third weight.

導出部２０３が目標ヨーレートを導出するために用いる評価関数Ｊは、以下の式（２）により表される。
式（２）中、ｐは、予測ホライズンの長さである。予測ホライズンは、現在から所定の未来までの時間範囲である。Ｑ_ｚは、横偏差ｚ（ｋ）に対応する第１重みである。Ｑ_θは、方位角偏差θ（ｋ）に対応する第２重みである。Ｒ_γは、目標ヨーレートγと、目標方位角ψを時間微分した変数ψ_ｔと、の差分に対応する第３重みである。ｚ（ｐ）は、横偏差ｚの予測ホライズンにおける終端値である。Ｑ_{ｚｆｉｎａｌ}は、横偏差ｚに関する終端重みである。θ（ｐ）は、方位角偏差θの予測ホライズンにおける終端値である。Ｑ_{θｆｉｎａｌ}は、方位角偏差θに関する終端重みである。第１重みＱ_ｚ、第２重みＱ_θ、第３重みＲ_γ、横偏差に関する終端重みＱ_{ｚｆｉｎａｌ}及び方位角偏差に関する終端重みＱ_{θｆｉｎａｌ}は、例えば、車両１０の走行試験により定められる。 The evaluation function J used by the derivation unit 203 to derive the target yaw rate is expressed by the following equation (2).
In equation (2), p is the length of the prediction horizon. A prediction horizon is a time range from the present to a predetermined future. Q _z is the first weight corresponding to the lateral deviation z(k). Q _θ is a second weight corresponding to the azimuth angle deviation θ(k). R _γ is a third weight corresponding to the difference between the target yaw rate γ and the variable ψ _t obtained by time-differentiating the target azimuth angle ψ. z(p) is the terminal value of the lateral deviation z in the prediction horizon. Q _zfinal is the terminal weight for the lateral deviation z. θ(p) is the terminal value of the azimuth angle deviation θ in the prediction horizon. Q _θfinal is the terminal weight for the azimuth deviation θ. The first weight Q _z , the second weight Q _θ , the third weight R _γ , the final weight Q _zfinal regarding the lateral deviation, and the final weight Q _θfinal regarding the azimuth deviation are determined by a running test of the vehicle 10, for example.

導出部２０３は、特定部２０２により特定した上限値又は下限値の制約条件を目標ヨーレートが満たす条件下において、この評価関数を最小値にしたときの目標ヨーレートγを導出する。導出部２０３は、導出した目標ヨーレートγを出力部２０４に入力する。 The derivation unit 203 derives the target yaw rate γ when the evaluation function is set to the minimum value under the condition that the target yaw rate satisfies the constraint condition of the upper limit value or the lower limit value specified by the specifying unit 202. The derivation unit 203 inputs the derived target yaw rate γ to the output unit 204.

［目標ヨーレートの出力］
出力部２０４は、導出部２０３が導出した目標ヨーレートγを情報処理装置３へ出力する。出力部２０４は、情報処理装置３及び制御装置４が互いに一体に構成されている場合には、この情報処理装置３へ目標ヨーレートγを出力してもよい。 [Target yaw rate output]
The output unit 204 outputs the target yaw rate γ derived by the derivation unit 203 to the information processing device 3. The output unit 204 may output the target yaw rate γ to the information processing device 3 when the information processing device 3 and the control device 4 are integrally configured.

［情報出力装置１００による目標ヨーレートの導出の処理手順］
図５は、情報出力装置１００による目標ヨーレートの導出の処理手順を示すフローチャートである。この処理手順は、例えば、車両１０の走行中に開始される。まず、軌道生成装置１は、車両１０が走行するための目標軌道を生成する（Ｓ１０１）。軌道生成装置１は、車両１０の走行位置と目標軌道との横方向のずれを示す横偏差ｚを特定する。軌道生成装置１は、車両１０の車体前方を示す方位角φと、目標方位角ψとの差分を示す方位角偏差θを特定する。 [Processing procedure for deriving target yaw rate by information output device 100]
FIG. 5 is a flowchart showing a processing procedure for deriving a target yaw rate by the information output device 100. This processing procedure is started, for example, while the vehicle 10 is traveling. First, the trajectory generation device 1 generates a target trajectory for the vehicle 10 to travel (S101). The trajectory generation device 1 identifies a lateral deviation z indicating a lateral deviation between the traveling position of the vehicle 10 and the target trajectory. The trajectory generation device 1 specifies an azimuth angle deviation θ that indicates the difference between an azimuth angle φ indicating the front of the vehicle 10 and a target azimuth angle ψ.

取得部２０１は、横偏差ｚ、方位角偏差θ及び目標軌道を軌道生成装置１から取得する（Ｓ１０２）。取得部２０１は、目標軌道に対応する車道の設計速度を外部装置から取得する（Ｓ１０３）。 The acquisition unit 201 acquires the lateral deviation z, the azimuth deviation θ, and the target trajectory from the trajectory generation device 1 (S102). The acquisition unit 201 acquires the design speed of the roadway corresponding to the target trajectory from an external device (S103).

特定部２０２は、取得部２０１が取得した設計速度に対応する目標ヨーレートの上限を示す制約条件を特定する（Ｓ１０４）。導出部２０３は、式（１）に示す予測モデルを用いて、特定部２０２が特定した制約条件を満たす範囲内において式（２）に示す評価関数を最小化したときの目標ヨーレートγを導出する（Ｓ１０５）。出力部２０４は、導出部２０３が導出した目標ヨーレートγを情報処理装置３へ出力する（Ｓ１０６）。 The identifying unit 202 identifies a constraint that indicates the upper limit of the target yaw rate corresponding to the design speed acquired by the acquiring unit 201 (S104). The derivation unit 203 uses the prediction model shown in Equation (1) to derive a target yaw rate γ when the evaluation function shown in Equation (2) is minimized within the range that satisfies the constraint conditions specified by the identification unit 202. (S105). The output unit 204 outputs the target yaw rate γ derived by the derivation unit 203 to the information processing device 3 (S106).

情報処理装置３は、出力部２０４が出力した目標ヨーレートγに車両１０のヨーレートを近づけるための目標操舵角を特定する。情報処理装置３は、特定した目標操舵角を制御装置４へ出力する（Ｓ１０７）。制御装置４は、情報処理装置３が出力した目標操舵角に基づいて、車両１０の操舵角δを変化させて車両１０を走行させる（Ｓ１０８）。制御装置４は、車両１０の走行を終了したか否かを判定する（Ｓ１０９）。 The information processing device 3 specifies a target steering angle for bringing the yaw rate of the vehicle 10 closer to the target yaw rate γ output by the output unit 204. The information processing device 3 outputs the specified target steering angle to the control device 4 (S107). The control device 4 changes the steering angle δ of the vehicle 10 based on the target steering angle output by the information processing device 3, and causes the vehicle 10 to travel (S108). The control device 4 determines whether or not the vehicle 10 has finished traveling (S109).

制御装置４は、車両１０の走行を終了したと判定した場合（Ｓ１０９のＹＥＳ）、処理を終了する。制御装置４は、Ｓ１０９の判定において車両１０の走行を終了していないと判定した場合（Ｓ１０９のＮＯ）、Ｓ１０１の処理に戻る。 If the control device 4 determines that the vehicle 10 has finished traveling (YES in S109), it ends the process. If the control device 4 determines in S109 that the vehicle 10 has not finished traveling (NO in S109), the control device 4 returns to the process in S101.

［本実施形態の情報出力装置１００による効果］
導出部２０３は、設計速度に基づいて特定部２０２が特定した制約条件を満たすように、評価関数を最小にする目標ヨーレートγを導出する。このため、導出部２０３は、軌道生成装置１が特定した横偏差ｚ又は方位角偏差θが比較的大きい場合であっても過大な目標ヨーレートγを導出することを抑制することができる。このため、導出部２０３は、目標軌道を追従する車両１０の動作が不安定になることを抑制することができる。 [Effects of the information output device 100 of this embodiment]
The deriving unit 203 derives a target yaw rate γ that minimizes the evaluation function so as to satisfy the constraint specified by the specifying unit 202 based on the design speed. Therefore, the deriving unit 203 can suppress deriving an excessive target yaw rate γ even when the lateral deviation z or the azimuth deviation θ specified by the trajectory generation device 1 is relatively large. Therefore, the derivation unit 203 can suppress the operation of the vehicle 10 that follows the target trajectory from becoming unstable.

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、装置の全部又は一部は、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。また、複数の実施の形態の任意の組み合わせによって生じる新たな実施の形態も、本発明の実施の形態に含まれる。組み合わせによって生じる新たな実施の形態の効果は、もとの実施の形態の効果を併せ持つ。 Although the present invention has been described above using the embodiments, the technical scope of the present invention is not limited to the scope described in the above embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist. be. For example, all or part of the device can be functionally or physically distributed and integrated into arbitrary units. In addition, new embodiments created by arbitrary combinations of multiple embodiments are also included in the embodiments of the present invention. The effects of the new embodiment resulting from the combination have the effects of the original embodiment.

１軌道生成装置
２モデル予測コントローラ
３情報処理装置
４制御装置
５記憶部
１０車両
２０時速
１００情報出力装置
２０１取得部
２０２特定部
２０３導出部
２０４出力部 1 Trajectory generation device 2 Model prediction controller 3 Information processing device 4 Control device 5 Storage section 10 Vehicle 20 Speed 100 Information output device 201 Acquisition section 202 Specification section 203 Derivation section 204 Output section

Claims

an acquisition unit that acquires a design speed of a roadway on which a vehicle travels and a lateral deviation indicating a deviation between the position of the vehicle and the target trajectory in a lateral direction perpendicular to a tangential direction of the target trajectory;
a specifying unit that specifies a constraint condition indicating an upper limit or a lower limit of a target yaw rate corresponding to the design speed acquired by the acquiring unit;
a derivation unit that derives the target yaw rate when the evaluation function including the term related to the lateral deviation is set to a minimum value under conditions where the target yaw rate satisfies the constraint condition specified by the identification unit;
an output unit that outputs the target yaw rate derived by the derivation unit to an information processing device that processes information regarding traveling of the vehicle;
An information output device comprising:

The identifying unit identifies a minimum radius of curvature corresponding to the design speed acquired by the acquiring unit, and identifies the constraint condition based on a value obtained by dividing the design speed by the minimum radius of curvature.
The information output device according to claim 1.

The derivation unit includes a first variable obtained by time-differentiating the lateral deviation, and a second variable obtained by time-differentiating an azimuth angle deviation indicating a difference between an azimuth angle corresponding to a tangential direction of the target trajectory and an azimuth angle indicating the direction of the vehicle. deriving the target yaw rate when the evaluation function is set to a minimum value using variables and a predictive model regarding the angular acceleration at which the vehicle turns;
The information output device according to claim 1 or 2.

The derivation unit includes, as a term related to the lateral deviation, a term obtained by multiplying the square of the lateral deviation by a first weight, and further includes a term obtained by multiplying the square of the azimuth deviation by a second weight. deriving the target yaw rate when the function is set to a minimum value;
The information output device according to claim 3.

The derivation unit sets the evaluation function to a minimum value, further including a term obtained by multiplying the square of the difference between the target yaw rate and a variable obtained by time-differentiating the azimuth angle corresponding to the tangential direction of the target trajectory by a third weight. Deriving the target yaw rate when
The information output device according to claim 1 or 2.

computer executes
obtaining a design speed of a roadway on which a vehicle travels and a lateral deviation indicating a deviation between the position of the vehicle and the target trajectory in a lateral direction perpendicular to a tangential direction of the target trajectory;
identifying a constraint condition indicating an upper or lower limit of a target yaw rate corresponding to the obtained design speed;
deriving the target yaw rate when the evaluation function including the term related to the lateral deviation is set to a minimum value under conditions where the target yaw rate satisfies the specified constraint;
outputting the derived target yaw rate to an information processing device that processes information regarding travel of the vehicle;
An information output method comprising: